一文详解视觉系统和PMIC应用

视觉系统现已集成到各种产品中。视频信号的处理通常由需要多个电源轨的专用IC执行，最好由电源管理IC提供。本文讨论视觉系统和PMIC应用。

捕获图像已成为许多日常和不太常见的应用不可或缺的一部分，从车载摄像头到制造检查，再到无人机添加用于机器学习以及面部和手势识别的人工智能。根据分析师MarketsandMarkets的数据，到2024年，对视频处理电子产品的需求预计将以18.7%的复合年增长率增长，达到3.2B美元左右，其中安全和监控预计将具有最高的增长率。

视频系统本身的传感器，无论是CCD还是CMOS，已经成为微型商品，可以低成本和低功耗，特别是CMOS类型。然而，处理视频输出通常是一项复杂的操作，并且越来越多地在相机内或使用点完成。例如，无线机器视觉系统可以利用“边缘计算”在本地处理数据，从而为执行器提供更快的响应，减轻集中计算的负担，并以更少的无线传输周期降低本地功耗。同样，在快速扩大的监控无人机市场中，本地视频信号处理对于向导航系统提供直接反馈以进行地形分析并避免碰撞是必要的。在这个特定的例子中，小尺寸、低重量和最小的功耗对于最大化机载电池的可用飞行时间至关重要。

视觉处理器 IC 需要多个电源轨

对于最简单的应用，视觉处理器（通常是“片上系统”）可能仅消耗约0.5 W，但仍需要多个电压轨，并具有自己的上电/关序要求。这些电源轨的电压范围通常为 3.3 V 至 1 VDC 以下，用于内核、I/O、模拟、存储器、内务管理和连接功能。图 1 显示了示例视觉处理器 IC 的电源轨。具有 8 K 质量视频、复杂高速功能以及多核、扩展接口选项、调试设施、显示控制器和 ASIL 安全性等特性的全功能视觉处理器芯片，适用于汽车应用，将消耗更高的功率并需要更多电源轨。这些应用需要板载电源管理技术，例如动态电压和时钟频率缩放以及多种空闲、“睡眠”和“深度睡眠”模式，以最大限度地延长电池寿命和飞行时间。

图1.典型的视觉处理器“片上系统”电源轨

所需的电压轨由本地单节锂离子电池供电，必须高效实现电源转换，以实现最长的电池运行时间。实现这些目标的最佳解决方案是电源管理 IC （PMIC），它将多个可编程和可配置的 DC-DC 转换器与远程配置和控制集成在一起，以实现初始设置、动态电压调节和排序。功能齐全的PMIC的一个典型例子是Qorvo的ACT88760。ACT88760非常适合视频处理应用，但它也可以为各种处理器，FPGA，可穿戴设备，外设和微控制器供电（图2）。

图2.适用于视频处理器IC的电源管理IC

ACT88760设计用于2.6至5.8V输入，匹配单个锂离子或锂聚合物电池电压，并具有七个降压转换器，额定电流为2 A至4 A。 降压对可在双相模式下工作，输出为8 A，每个降压转换器可在0.5 V至3.8 V范围内编程。 包括六个低压差（LDO）线性稳压器， 其中两个可配置为低电阻负载开关。此外，十个通用I/O （GPIO）引脚可配置为各种系统功能，也可以通过I2C接口访问。配置包括改变输出电压、启动时间、输出压摆率、系统级排序、开关频率、休眠模式和其他工作模式。ACT88760是一个集成转换器，只需要几个外部元件。Qorvo设计了具有2.25 MHz开关频率的ACT88760，以最大限度地提高负载瞬态响应并最小化外部组件尺寸。在深度睡眠模式下，PMIC 静态电流仅为 65 μA，启用单个 LDO 稳压器以保持系统“活动”，但随时响应“唤醒呼叫”。禁用所有稳压器时，静态电流仅为10 μA。ACT88760采用微型81引脚3.85 x 3.85 mm WLCSP封装，适合空间最受限的应用。该器件由 Qorvo ActiveCiPS 加密狗提供支持，该加密狗与器件评估板配合使用，允许用户通过直观的 GUI 进行监控和配置，无需任何特殊固件或软件。为特定最终产品选择默认参数后，用户可以将配置上传到 Qorvo，然后由 Qorvo 运送具有所需功能的预编程部件。

用于电池充电控制的PMIC

对于某些电池供电的视频应用，需要电池充电控制，这也可以在Qorvo ACT81460等PMIC中实现。该器件适用于低功耗家庭安全摄像头应用，具有两个0.4 A降压稳压器、一个降压-升压稳压器、一个升压稳压器和三个LDO，每个LDO的额定电流为100 mA。所有输出均具有可编程电压和启动/关断特性。PMIC 包括一个 0.8 A 线性电池充电器，具有全面的充电控制模式：涓流、预调节和快速充电，具体取决于电池充电状态。在禁用开关稳压器但仍启用内部监视器和基准电压源的情况下，电池负载可低至2.1 μA。它提供四个 GPIO 和一个 I2C 接口，用于监测和控制，包括动态电压调节。该器件采用4 V至5.5 V输入供电，电池电压范围为2.7 V至4.5 V。与ACT88760一样，输出可以通过I2C接口进行排序和启用，并使用ActiveCiPS加密狗进行配置。实现低功耗模式，包括“睡眠”和“深度睡眠”，即使启用六个稳压器和三个负载开关，静态电流也仅为6 μA。

PMIC是视觉处理器和SoM的理想伴侣，其中需要多个严格调节的电压轨，具有排序和主动控制功能，以最大限度地减少终端负载和PMIC本身的损耗。作为奖励，可以预先配置和远程控制的标准PMIC，例如来自Qorvo的PMIC，可用于多种应用，从而节省采购量和库存成本。
审核编辑：陈陈